第四章 固定床气化工艺
第四章 固定床加压气化
气化强度 m3/m2h
1500
第二代
第三代
第四代
1952~1965
Dg2.6m， 中间除灰
1969
1978~
Dg3.8m， Dg5.0m，
（MARK-Ⅳ） （SASOL-Ⅲ）
弱粘/不粘煤 所有煤种
所有煤种
14000~17000/ 36000~55000 75000~100000 32000~45000
图4-15 水蒸气耗量与气体压力的关系 1—氢量；2—水蒸气绝对分解量； 3—水蒸气分解率
（4）压力对生产能力的影响 • 在常压气化炉和加压气化炉中，假定带出物的数量相等， 则出炉煤气的动压头相等，加压气化炉与常压气化炉生产能 力之比如下式表示：
V2 T1 P2 V1 T2 P1
• 对于常压气化炉，P1通常略高于大气压，P1≈0.1078MPa； 常压、加压的气化温度之比T1/T2 ≈1.1~1.25，则可得到：
三 煤种及煤的性质对加压气化的影响
4 煤种对各项消耗指标的影响
• 随着煤的变质程度加深，气化所用的水蒸气、氧气量也相 应增加。 • 另外，由于年轻煤活性好，挥发份高，有利于 CH4 的生成 ，这样就降低了氧气耗量。
第三节 加压气化操作条件
1 气化压力的选择
• 根据煤气产品的用途选择煤气压力。作为生产合成气，为降低能 耗，降低成本，压力可选择3.0~4.0MPa。对于生产代用天然气或者 中热值城市煤气，当输送距离近时，把压力提到很高没有必要，因 为压力达到2.5MPa以后，再提高压力对粗煤气中甲烷含量的提高不 明显。 • 技术上要可靠。压力高，技术难度大，材质要求高，投资也大。 • 提高压力可大幅度提高气化强度。 • 随着压力的提高，水蒸气分解率下降，气化炉的热效率也有所降 低。因此，要根据生产工艺要求合理选择气化压力。
固定床煤造气工艺
固定床间歇造气技术资料一、概况１固定床间歇气化炉的发展固定床间歇气化煤气发生炉从1958年的Ф1980 mm开始，逐步扩径到Ф2260mm、Ф2400 mm、Ф2600 mm、Ф2800 mm、Ф3000等等规格。
它们的基本结构一样，即半水夹套锅炉，原设计高度为1845㎜，扩径改造过程中，在原水夹套设计基础上加高300～900㎜不等。
直筒型上炉体为内砌耐火材料，采用人工手动加焦（煤），后改为半自动到全自动加焦（煤）。
Ф1980～Ф2400 mm这几种炉持续使用近35年，现在仍然有一些小企业在用。
Ф2600 mm系列炉20世纪90年中期已开始改造，近10年使用后改为Ф2800 mm，已达到极限。
２各炉型经典改造过程我国建国初期结合国家的状况而设计。
刚开初对原料的要求比较苛刻，要求是高温冶金焦，且粒度为25～75㎜。
中期改为优质山西晋城无烟块煤。
煤气炉运行较稳定，气量和气质都很好（负荷轻）。
后期随着各企业规模扩大，煤炭紧张，改烧劣质煤，一些设备改造不匹配，没有系统性改造，暴露的问题就多了。
炉况不稳定，易恶化，“二差”、“三高”、“一短”随时出现，即发气量差，气质差，煤耗高，蒸汽消耗高，煤气温度高，设备寿命短。
为烧好劣质煤，广大造气专业人员和科技人员多年来共同努力，对煤气炉不断进行系统改造，使中国特色的小型炉又有新的生机。
经典的改造情况（系统性全方位改造）如下。
（1）煤气系统流程四炉—站—机—锅（组合）—塔，即四台炉共用一台油压泵站，一台空气鼓风机，一台废锅炉（上废锅下过热器），一台洗气塔。
（2）蒸气流程水夹套及废热锅炉自产蒸汽，去过热器过热，回蒸汽缓冲罐（罐容积不小于35～40 m3），放在四炉中间，尽量靠近炉子，蒸汽总管Ф377 mm或Ф426 mm，单炉支管Ф273 mm或Ф325 mm，四台炉以上可将缓冲罐连通使用。
这样便于蒸汽压力的稳定，有利于造气炉工况的稳定。
（3）吹风气回收流程无论上第二代（中燃式）还是第三代（下燃式）吹风回收系统，采用微负压的工艺（有数种流程）。
固定床气化生产工艺流程的组织
由开始仅以褐煤为原料，炉径D = 2 600mm，采用灰斗放置于炉底侧面 和平型炉箅，发展到能使用气化弱黏结性烟煤，加设了搅拌装置和转动 布煤器，炉箅改成塔节型，灰箱设在炉底正中的位置，炉子的直径也在 不断加大，单炉的生产能力可以高达75 000~100 000 m3 /h 。
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任务一 鲁奇加压气化工艺
率低。2 MPa下水蒸气的分解率只有32%~38%，这样就要消耗大量的 水蒸气。
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任务一 鲁奇加压气化工艺
采用液态排渣的鲁奇炉，水蒸气的分解率可以提高到95%左右。 ②气化过程中有大量的甲烷生成(8%~10%)，这对燃料煤气是有利的， 但如果作为合成氨的原料气一般要分离甲烷，其工艺较为复杂。 ③加压气化一般选纯氧和水蒸气作为气化剂，而不像常压气化那样较多
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任务一 鲁奇加压气化工艺
由图2 -2 -2燃料层的分布状况和温度之间的关系可以看出，燃料从上到 下分为干燥层、干馏层、甲烷层、第二反应层、第一反应层、灰渣层。 其中甲烷层、第二反应层、第一反应层为真正的气化阶段;干燥层和干馏 层为原料的准备阶段。第二反应层和甲烷层统称还原层。
仅能承受比气化炉内高0. 25 MPa的压力。
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任务一 鲁奇加压气化工艺
固定(移动)床气化法
蒸汽缓冲罐 空气鼓风机
吹风空气阀
洗 气 箱
洗 涤 塔
下行煤气阀 气柜 煤气去净化
气柜水封 图5--27 水煤气站流程
气柜水封
3.两段式完全气化炉
特点： 使用高挥发份的弱黏结性烟煤及褐煤； 干镏气化分段进行； 两段炉具有比一般发生炉较长的干馏段，煤加热速度变慢，干馏 温度低，获得的焦油质量比较轻。
⑴两段式煤气发生炉（P173图-28） 上段：干馏段 下段：气化段 下段煤气温度500~600℃， 上段煤气温度100~150℃，只含轻质焦油。
双层壳体（内外两 层厚刚筒间形成水 夹套，可引出供气 化炉使用）； 设有煤分布器和搅 拌器（破黏）； 塔节型炉箅且设有 破渣装置（气化剂 均匀分布）；
②工艺流程
煤气带出有废热回收的制气工艺流程：P179图5-36
5.加压液态排渣气化炉 ⑴基本原理
仅向炉内通入适当的水蒸气量，控制炉温度 在灰熔点之上，使灰渣以熔融态自气化炉内 排出（消除了结渣对炉温的影响）
间歇法制造水煤气
两段：吹空阶段（吹风阶段）； 吹蒸阶段（制气阶段）。 ⑴理想水煤气 生成理想水煤气的方程式：
Ｃ＋Ｏ２＋３.７６ N2 ＋３Ｃ＋３ H2Ｏ＝＝ ＣＯ２ ＋ ３.７６ N2 ＋ ３ＣＯ＋３ Ｈ2 理想水煤气组成：50%ＣＯ与50%Ｈ2 气化效率：100% ⑵实际水煤气 Ｈ2含量高于ＣＯ（ ＣO＋H2Ｏ＝＝ ＣＯ2＋Ｈ2 ） 常含有ＣＯ2、N2 、H2S和ＣＨ4 等 气化效率：60%~65%
§ 5、煤的气化
§ 5．3 固定(移动)床气化法
§ 5．3 固定(移动)床气化法
一、发生炉煤气（空气煤气） 以煤或焦炭为原料，以空气和水蒸气为气化剂，通入发 生炉内制得的煤气为发生炉煤气。（ＣＯ H2 N2 ） 1. 制气原理： ⑴理想发生炉煤气 理想的发生炉煤气的组成取决于这两个反应的热平 衡条件，即满足放热反应与吸热反应的热效应衡等的条 件 。
常压固定床煤气化工艺设计
常压固定床煤气化工艺设计摘要本设计以常压固定床煤气化的设计过程为内容，包括对工艺流程的确定和说明、生产条件的确定和说明以及附属设备的选型等内容。
进而深入了一层了解煤气化工艺，并得到化工工程设计的初步训练。
本文从一定的层面上对常压固定床煤气化发生炉内部的传热、传质过程进行了简要综述。
关键词：常压固定床，煤气化发生炉，床层，炉壁，传热一、煤气化原理（一）煤气化的基本过程煤的气化过程是一个有热效应的化学反应过程，反应物是煤和气化剂。
气化剂一般为空气、氧气、水蒸气或氢气。
煤和气化剂按照一定的比例，在一定温度和压力条件下发生化学反应，煤中的可燃成分转化为气体燃料，即产品煤气，灰分则以灰渣的形式出。
煤的气化分为完全气化和不完全气化，不完全气化即通常说的煤的干馏，其产品包括煤气、焦油和半焦；完全气化的产品是煤气或水煤气，本章所讲的煤的气化技术只讨论煤的完全气化技术【1】。
下图所示为典型的煤气化工艺流程。
图1 煤的气化过程图2 典型的煤气化工艺流程从包含的物理化学过程来看，煤的气化过程包括以下几个阶段：干燥脱水，热解，挥发分和残余固定碳的气化反应。
煤的干燥脱水过程去除了原煤中所含的全部水分，在温度达到350℃以上时，开始发生煤颗粒的热解反应，析出气体中间产物和焦油，统称为挥发分。
剩余的是固体焦炭或半焦，煤的热解过程可以用下面的总体表达式表示：−−−→热解煤CH 4+其他气态烃+焦油+CO+CO 2+H 2+H 2O+焦炭或半焦（S ） 式中，除了焦炭或半焦为固体产物，其余全部是气态产物，除此之外，还有少量含有机氮、硫等元素的气态中间产物。
（二）固定床反应器固定床反应器又称填充床反应器，装填有固体催化剂或固体反应物用以实现多相反应过程的一种反应器。
固体物通常呈颗粒状，粒径2～15mm 左右，堆积成一定高度（或厚度）的床层。
床层静止不动，流体通过床层进行反应。
它与流化床反应器及移动床反应器的区别在于固体颗粒处于静止状态。
(选学)分析固定床气化技术
煤炭气化生产技术
1.UGI炉结构
炉子为直立圆筒形结构。 炉体用钢板制成，下部设 有水夹套以回收热量、副 产蒸汽，上部内衬耐火材 料，炉底设转动炉篦排灰。
上锥体
水夹套 炉篦传动装置 出灰机械
设备结构简单，易于操作， 不需用氧气作气化剂，热 效率较高，但是生产强度 低，对煤种要求比较严格， 采用间歇操作工艺管道比 较复杂。
由炉底吹入空气，把残留在炉上部及 管道中的水煤气送往贮气柜而得以回收， 以免随吹风气逸出而损失。
10
煤炭气化生产技术
• 3－4分钟循环各阶段时间分配表：
序 号
阶段名称
3min循环,（S） 4min循环, （S）
1
吹风阶段
40～50
60～80
2
3 4
蒸气吹净阶段 2
上吹制气阶段 45～60 下吹制气阶段 50～55
2
60～70 70～90
5
二次上吹阶段 18～20
18～20
11
煤炭气化生产技术
吹风阶段
蒸气吹净阶段
一次上吹制气阶段
下吹制气阶段
二次上吹制气阶段
空气吹净阶段
12 其缺点是生产必须间歇阀门频繁切换，生产效率低
煤炭气化生产技术
软水 蒸汽总阀 上吹蒸汽阀
蒸汽 下吹蒸汽阀 集汽包 上水
集汽包
水 煤 气 发 生 炉
燃 烧 室
废 热 锅 炉
烟 囱 上 行 煤 气 阀 烟囱阀
蒸汽缓冲罐 空气鼓风机
吹风空气阀
洗 气 箱
洗 涤 塔
下行煤气阀 气柜 煤气去净化
气柜水封 图5--27 水煤气站流程
气柜水封
13
煤炭气化生产技术
固定床煤造气工艺
固定床间歇造气技术资料一、概况１固定床间歇气化炉的发展固定床间歇气化煤气发生炉从1958年的Ф1980 mm开始，逐步扩径到Ф2260mm、Ф2400 mm、Ф2600 mm、Ф2800 mm、Ф3000等等规格。
它们的基本结构一样，即半水夹套锅炉，原设计高度为1845㎜，扩径改造过程中，在原水夹套设计基础上加高300～900㎜不等。
直筒型上炉体为内砌耐火材料，采用人工手动加焦（煤），后改为半自动到全自动加焦（煤）。
Ф1980～Ф2400 mm这几种炉持续使用近35年，现在仍然有一些小企业在用。
Ф2600 mm系列炉20世纪90年中期已开始改造，近10年使用后改为Ф2800 mm，已达到极限。
２各炉型经典改造过程我国建国初期结合国家的状况而设计。
刚开初对原料的要求比较苛刻，要求是高温冶金焦，且粒度为25～75㎜。
中期改为优质山西晋城无烟块煤。
煤气炉运行较稳定，气量和气质都很好（负荷轻）。
后期随着各企业规模扩大，煤炭紧张，改烧劣质煤，一些设备改造不匹配，没有系统性改造，暴露的问题就多了。
炉况不稳定，易恶化，“二差”、“三高”、“一短”随时出现，即发气量差，气质差，煤耗高，蒸汽消耗高，煤气温度高，设备寿命短。
为烧好劣质煤，广大造气专业人员和科技人员多年来共同努力，对煤气炉不断进行系统改造，使中国特色的小型炉又有新的生机。
经典的改造情况（系统性全方位改造）如下。
（1）煤气系统流程四炉—站—机—锅（组合）—塔，即四台炉共用一台油压泵站，一台空气鼓风机，一台废锅炉（上废锅下过热器），一台洗气塔。
（2）蒸气流程水夹套及废热锅炉自产蒸汽，去过热器过热，回蒸汽缓冲罐（罐容积不小于35～40 m3），放在四炉中间，尽量靠近炉子，蒸汽总管Ф377 mm或Ф426 mm，单炉支管Ф273 mm或Ф325 mm，四台炉以上可将缓冲罐连通使用。
这样便于蒸汽压力的稳定，有利于造气炉工况的稳定。
（3）吹风气回收流程无论上第二代（中燃式）还是第三代（下燃式）吹风回收系统，采用微负压的工艺（有数种流程）。
固定床连续气化法富氧制气概述
题目：固定床连续气化法富氧制气概述固定床连续气化法富氧制气概述摘要：目前我国大部分化工企业采用固定床间歇式制气法制取半水煤气，CO等含量虽然较高，但不能连续和节能的进行生产。
本文所介绍的这种方法不但可以连续造气、节约能源，而且制成的产品煤气品质较高。
本文从原理、工艺流程、主要系统等进行了简要的概述，还附加了一些实际过程的处理方法等。
关键词：工艺、流程、造气炉、操作方法、液压油系统1．生产原理、工艺流程及工艺指标1．1生产原理以干燥后的焦碳（或焦球）为原料、O2及CO2为气化剂，在新型CO气体发生炉内进行气化反应，制得粗CO气，其主要反应如下：C+O2=CO2+394.5KJ/mol （1）C+CO2=2CO-168.5KJ/mol （2）C+1/2O2=CO+112.9KJ/mol （3）反应主要按（1）、（2）式进行。
反应（1）、（3）为氧化反应，是强放热过程；（2）为还原反应，为吸热反应。
CO2除参加反应外，还起载热体作用和调节温度作用，控制燃烧层最高温度在灰熔点（T2）以下，防止灰渣结块。
1．2工艺流程1．2．2该流程示意图如下[2]：1—CO2罗茨机 2—混合器 3—预热器 4—造气炉5—废热锅炉 6—洗气塔 7—气柜 8—脱硫1．2．3生产流程简述（内蒙古宜化生产工艺）将粒度为25～60mm的合格焦碳加入到自动加焦机，自动加焦机定量将焦炭加入气化炉内，从界区外来的合格的O2和CO2严格按一定比例（1.8～2.1）混合后，从气化炉底部进入，与焦炭进行氧化和还原反应，气化炉产生的粗炉气经过旋风除尘器除去大部分灰尘，并经废热锅炉回收热量后，再进入联合洗气塔，将煤气温度降到45℃以下，同时除去煤气中的大部分粉尘后送至后工段。
1．2．4工艺特点：（1）在常压下连续加料，连续排灰，连续气化，干法排灰气化工艺。
（2）工艺流程简单，为防止CO泄漏，设计上采用严格防泄漏措施。
（3）气化炉生产强度大，易于检修，特殊的炉篦结构，具有均匀布气，破渣、排渣三个功能，并可根据原料特性调整各层布气。
固定床连续气化法富氧制气概述
题目：固定床连续气化法富氧制气概述固定床连续气化法富氧制气概述摘要：目前我国大部分化工企业采用固定床间歇式制气法制取半水煤气，CO等含量虽然较高，但不能连续和节能的进行生产。
本文所介绍的这种方法不但可以连续造气、节约能源，而且制成的产品煤气品质较高。
本文从原理、工艺流程、主要系统等进行了简要的概述，还附加了一些实际过程的处理方法等。
关键词：工艺、流程、造气炉、操作方法、液压油系统1．生产原理、工艺流程及工艺指标1．1生产原理以干燥后的焦碳（或焦球）为原料、O2及CO2为气化剂，在新型CO气体发生炉内进行气化反应，制得粗CO气，其主要反应如下：C+O2=CO2+394.5KJ/mol （1）C+CO2=2CO-168.5KJ/mol （2）C+1/2O2=CO+112.9KJ/mol （3）反应主要按（1）、（2）式进行。
反应（1）、（3）为氧化反应，是强放热过程；（2）为还原反应，为吸热反应。
CO2除参加反应外，还起载热体作用和调节温度作用，控制燃烧层最高温度在灰熔点（T2）以下，防止灰渣结块。
1．2工艺流程1．2．2该流程示意图如下[2]：1—CO2罗茨机 2—混合器 3—预热器 4—造气炉5—废热锅炉 6—洗气塔 7—气柜 8—脱硫1．2．3生产流程简述（内蒙古宜化生产工艺）将粒度为25～60mm的合格焦碳加入到自动加焦机，自动加焦机定量将焦炭加入气化炉内，从界区外来的合格的O2和CO2严格按一定比例（1.8～2.1）混合后，从气化炉底部进入，与焦炭进行氧化和还原反应，气化炉产生的粗炉气经过旋风除尘器除去大部分灰尘，并经废热锅炉回收热量后，再进入联合洗气塔，将煤气温度降到45℃以下，同时除去煤气中的大部分粉尘后送至后工段。
1．2．4工艺特点：（1）在常压下连续加料，连续排灰，连续气化，干法排灰气化工艺。
（2）工艺流程简单，为防止CO泄漏，设计上采用严格防泄漏措施。
（3）气化炉生产强度大，易于检修，特殊的炉篦结构，具有均匀布气，破渣、排渣三个功能，并可根据原料特性调整各层布气。
固定床气化生产工艺流程的组织
任务一 鲁奇加压气化工艺
液态排渣气化炉的主要特点是炉子下部的排灰机构特殊，取消了固态排 渣炉的转动炉箅。在炉体的下部设有熔渣池。在渣箱的上部有一液渣急 冷箱，用循环熄渣水冷却，箱内充满70%左右的急冷水。由排渣口下落 在急冷箱内淬冷形成渣粒，在急冷箱内达到一定量后，卸入渣箱内并定 时排出炉外。由于灰箱中充满水，和固态排渣炉比较，灰箱的充、卸压 就简单得多了。在熔渣池上方有8个均匀分布、按径向对称安装并稍向 下倾斜、带水冷套的钦钢气化剂喷嘴。气化剂和煤粉及部分焦油由此喷 入炉内，在熔渣池中心管的排渣口上部汇集，使得该区域的温度可达1 500℃左右，使熔渣成流动状态。
一转轴上，速度为15 r/ h左右。从煤箱降下的煤通过转动布煤器上的两 个扇形孔，均匀下落在炉内，平均每转可以在炉内加煤150 ~200mm厚。 搅拌器是一个壳体结构，由锥体和双桨叶组成，壳体内通软化水循环冷 却。搅拌器深入到煤层里的位置与煤的结焦性有关，煤一般在 400℃~500℃结焦，桨叶要深入煤层约1. 3m。 (3)炉箅分四层，相互叠合固定在底座上，顶盖呈锥体。
地采用空气加蒸汽的方法。解决纯氧的来源需要配备庞大的空分装置， 加上其他高压设备的巨大投资规模，成为国内一些厂家采用加压气化的 障碍。
三、加压气化炉
加压气化炉以鲁奇炉为代表，又根据气化后炉渣的排出状态不同分为干 法排渣鲁奇炉和湿法排渣鲁奇炉，两种气化炉的结构特点分述如下。
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任务一 鲁奇加压气化工艺
灰渣层位于气化炉的下部，气化剂自下而上穿越1 500℃左右灰渣层， 气化剂升温的同时将灰带走的热量回收，灰渣温度比气化剂温度高30 ℃~50 ℃ 。
燃烧区进行下列主要反应:
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任务一 鲁奇加压气化工艺
§ 4.4 气流床气化工艺
水
添加 剂
原 煤
高浓度湿磨
水煤浆
封闭式湿磨设备
煤浆的制备和输送
非封闭式湿磨设备
需要指出的是，不管是哪一种制浆工艺，都是耗能 大户。因此，为了减少磨矿功耗，磨矿前，除特殊情 况(如用粉煤或煤泥制浆)外．都必须经过破碎，预先 破碎到粒度小于30mm，然后经过带称送人磨粉机。 研磨好的煤浆首先要进入一均化罐· 然后用泵送到气化 炉。煤浆是否能够顺利进入气化炉，在泵功率确定的 前提下，取决于煤浆的浓度和颗粒的粒度．这又集中 体现在煤浆的黏度上，为降低黏度可采用加入添加剂 的方法以降低黏度。
水煤浆和氧气喷入气化炉后，生成以CO、氢气为主要成分 的粗煤气。灰渣采用液态排渣
水煤浆气化制煤气的特点
优点 缺点 ①气化原料范围广 ①炉内耐火砖侵蚀严重，更换费用高，增加生产成本 ②与干粉进料相比较，安全并易控制 ②喷嘴使用周期短，停炉更换喷嘴影响生产连续运行 ③工艺技术成熟，流程简单；设备布置紧凑，运转率高； ③水煤浆含水高，氧耗和煤耗比干法高 气化炉结构简单，内部无机械传动装置，操作性能好 ⑤对管道及设备材料要求高，工程投资大 ④操作弹性大，碳转化率高 ⑤粗煤气质量好，用途广 ⑥气化压力范围广 ⑦生产能力大 ⑧污染少，环保性能较好
水
添加 剂
返料
高浓度湿磨
水煤浆
湿筛
封闭式湿磨设备
煤浆的制备和输送
非封闭式湿磨设备
如图所示是非封闭式湿磨 系统。该法中，煤一次通 过磨机，所制取的煤浆同 时能够满足粒度和浓度的 要求。煤在磨机中的停留 时问相对长一些，这样可 以保证较大的颗粒尽可能 不太多。要达到合格的研 磨，选择适当的磨机就变 得很重要，最合适的是用 充填球或棒的滚筒磨机， 妥善选择磨机长度、球径 及球数，使得煤通过磨机 时一次即能达到高浓度的 煤浆，并具有所需要的粒 度。
第四章固定床气化工艺
1
第1页，共64页。
4－1、移动床气化炉的一般知识
原料：主要有褐煤、长焰煤、烟煤、无烟煤、焦炭 气化剂：有空气、空气－水蒸气、氧气－水蒸气等 基本过程：燃料间歇加入，底部通入气化剂，燃
料与气化剂逆向流动，灰渣由底部排出。 炉内温度分布：
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第2页，共64页。
1、移动床气化炉的一般知识
截面积上要下煤 化条件而异，且各
均匀下煤量不能 忽大忽小；二是 按时清灰。
层间没有明显的界 限，往往是相互交 错的。
4/16/2021
第9页，共64页。
1、移动床气化炉的一般知识
移动床分类： 移动床按气化压力来分类，可以分为常 压移动床和加压移动床； 按排渣性质可以分为固态排渣移动床和 液态排渣移动床； 按气化剂性质分为空气煤气、水煤气、 混合煤气、富氧蒸汽移动床等。
炉动顶机耐通火过衬蜗里轮和、水蜗杆夹带套动上 部耐大火齿衬轮里转的动。主以要灰作盘用转是速保 护炉来身调钢节制出外灰量壳和，料防层止高因度高。 温变无形破烧黏坏装。置：无烟煤、
耐焦火炭衬等里的缺点是容易挂
渣，为防止挂渣，可以采用
全水套炉身结构
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第20页，共64页。
3M-13型移动床混合煤气发生炉
中的残碳较少，所以灰渣层中基本不发生灰渣层化学反应。
作用
控制
有无反应
三①个②③的化由方灰煤均剂于面匀层灰预灰分的的上热渣布作温面。结有用度的构一根适灰体清将：比氧疏定灰影据的渣情刚化松的太响煤清层况入层并好少气灰灰一而含炉温处，化分操般定有的度。灰反含作控。许气很渣应量。制多化高层的孔的在剂，加正隙多1温有0厚常，少0，度了进～对和氧行高灰4气炉0化，，层0化子m层增可的剂的m和加在使保气较还炉炉气护化为原内内，能合层的力适相阻制，对力定减；视少合清具， 避免了和气体灰分太布多板，的灰直渣接层接变触薄，，造故成能炉起层到波保动护，影响煤气质 分布板的作用量。和气化
固定床加压气化课件
煤种中挥发分越高，煤气产率越低。
2）煤的理化性能对加压气化的影响
a、煤的粒度对加压气化影响
·煤的粒度越小，有利于气化反应的进行；
·煤粒度过小，造成气化炉床层阻力加大，煤气带出物 增加。
·煤的粒度过小，会造放一化炉一般加压气化要求入炉煤的
bቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 原料煤中水分对气化过社粒度最大和最小粒径比为5,
优点：煤种含有较多水分，反 低负荷放宽到8。小于
高压蒸汽
2
煤锁 汽液分离器
液压传动装置 搅拌器 煤分配器
洗涤冷却器 循环冷却 洗涤水
煤气 水夹套
转动炉算 液压传动装置
灰锁 影胀冷凝器
a由）筒炉体体、搅拌与布3外.6煤承筒MP受承器a低受、；压高内炉—压筒箅—体组成
筒体：
0.25MPa
40mm
50mm
Mark-III型气 化炉是双层夹 套式圆形筒体， 筒体内径为
度减少 必另一方面保护了泄压阀 门不被含有灰尘的灰锁蒸 汽冲刷磨损，从而延长阀 门的使用寿命，提高气化 图 4 3 3 2 炉的运转率。
灭锁膨胀冷凝器示意图
喷淋洗涤冷却器：
喷淋洗涤冷却器(简称喷冷器)与气化炉粗煤气 出口管垂直相连。
作用是对气化炉出来的高温粗煤气进行洗涤冷却， 使粗煤气温度由400～500℃降至204 ℃,并且除去焦 油和煤尘。
●煤的反应活性
煤的碳化程度越浅，内表面积越大，反应性越高。 影响： 活性高，气化温度低，有利于甲烷生成反应，煤气热 值相应提高并为气化层提供部分热量，降低了氧气耗量。 气化温度相同时，反应活性越高，气化反应速率越快， 气化炉生产能力较大。
煤的反应活性在低温下影响较大。
3、鲁奇加压气化的流程和设备
固定床增氧间歇气化工艺应用总结
第４ ５卷
第 ９期
２ ０ １ ７年 ９月
１ ５
固定 床 增 氧 间歇 气 化 工艺 应 用 总结
孙 彩 军 ， 陈棉 军 ， 范旭 文
（ １ ． 安 徽金 禾 实业股份 有 限公 司 ， 安徽 滁 州
摘
２ ３ ９ ２ ０ ０ ； ２ ． 全 国化 肥 工业信 息 总站 ， 上海
０ ． ０ ３ ２ ４— ２ ５
２ ３ ０— ２ ６ ０ １ ６ ０～ ２ ０ ０ ４ ２ ０— ４ ５ ０
Hale Waihona Puke ｌ 项 目情 况 该 项 目采 用北 京仪 峰龙元 节 能科技 股 份有 限 公 司 的节能专 利 技 术 ， 由北 京仪 峰 龙 元 节 能科 技 股份有限公司提供技术方案 、 设计 、 开 车 调 试 方 案、 技 术培 训 、 操 作 规程 等 技 术服 务 ； 使 用 变压 吸 附制 氧装 置生 产 的 富氧 ， 采 用 湖 南 仪 峰 优 化控 制 技术 有 限公 司 自主研 发 的专 用 造 气 增 氧 Ｄ Ｃ Ｓ控 制技 术 ， 将 造气 车 间 １ ０台造气 炉人 炉空气 中氧体
２ ０ ０ ０ ６ ２ ）
要 ：介绍 了固定床增氧 间歇气化工 艺的应用情况 ， 采用 变压 吸 附制氧装 置生产 富氧 ， 结合 专用的增 氧
Ｄ Ｃ Ｓ 控 制技 术 ， 提 高造 气炉入 炉空气中氧 的含量 ， 通过调整吹风 、 制 气时 间及相 应 的工 艺指 标 ， 平均吨氨 煤耗 下
作者简介 ： 孙彩军 （ １ ９ ８ ２ 一） ， 男， 工程师 ， 安徽金禾 实业股份有 限公 司副总经理
１ ６
氮肥 与合成气
第４ ５卷
第 ９期
２ ０ １ ７年 ９月
固定床气化合成气组成
固定床气化合成气组成一、引言随着我国经济的快速发展，能源需求日益增长，煤炭作为一种重要的能源资源，在保障国家能源安全方面具有不可替代的作用。
然而，传统的煤炭利用方式存在污染环境、能源利用率低等问题。
为了提高煤炭利用效率，减少环境污染，研究新型煤气化技术成为当前能源领域的重要课题。
固定床气化合成气组成技术作为一种清洁、高效的煤炭利用方式，得到了广泛关注。
本文将对固定床气化合成气组成技术进行详细阐述，以期为我国煤炭清洁利用提供参考。
二、固定床气化合成气组成技术原理固定床气化合成气组成技术是一种以煤炭为原料，通过气化反应将煤炭转化为合成气（一氧化碳和氢气）的高效利用方式。
在固定床气化过程中，煤炭与氧气进行反应，生成合成气、二氧化碳和水。
反应产物经过冷却、分离和净化处理，得到高纯度的合成气。
固定床气化合成气组成技术具有气化效率高、投资成本低、操作简便等优点。
三、固定床气化合成气组成技术优势1.高效利用煤炭资源：固定床气化合成气组成技术可以将煤炭转化为高价值的合成气，提高煤炭利用率，降低能源消耗。
2.环保性能优越：固定床气化过程可以有效减少煤炭直接燃烧产生的污染物排放，降低对环境的影响。
3.灵活调整合成气组成：通过调整气化条件，如氧气与煤炭的摩尔比、气化温度等，可以实现对合成气组成的灵活调整，满足不同应用场景的需求。
4.设备投资低、运行成本低：固定床气化合成气组成设备结构简单，投资成本较低；同时，操作简便，运行成本较低，有利于企业降低生产成本。
四、固定床气化合成气组成技术应用前景1.合成气作为清洁能源：高纯度的合成气可以作为清洁能源应用于发电、供暖等领域，替代传统的煤炭、天然气等能源，降低碳排放。
2.合成气用于化工生产：合成气作为一种重要的化工原料，可用于生产甲醇、合成氨、烯烃等化学品，满足我国化工产业需求。
3.合成气制氢燃料电池：固定床气化合成气组成技术生产的氢气具有高纯度、低杂质的特点，可用于氢燃料电池等新能源领域，推动我国能源结构转型。
固定床加压气化
自热式反应炉主要通过碳与氧燃烧生成二氧化碳反应放出 大量的热，热量用途: •气化层生成煤气的各还原反应所需的热量
•煤的干馏与干燥所需热量，气化剂的预热
C、煤中灰分及灰熔点对气化过程影响 •灰分含量对气化反应影响不大。鲁奇炉可气化灰 分达50%的煤 •灰熔点越高越好 但灰分增加，热损失高， 原因： 各项消耗指标增加，一般 灰熔点低，氧化层形成灰结渣，导致床层透气性 加压气化用煤灰分在19%以 差，气化剂分布不均。 下较经济。 灰结渣包裹未反应的碳，灰渣中含碳量增加，燃 料损失增加。 为维持氧化层反应温度低于灰熔点，增加了水蒸 气的消耗。 d、其它因素 煤的黏结性：越弱越好 煤的机械强度：加压气化要求强度高
•生成煤气与排出灰渣带出的显热 •煤气带出物显热及气化炉设备散失的热量
2、鲁奇加压气化炉操作工艺条件
净煤气热值 随压力提高 而增加 净煤气除去二氧化碳 等物质，同时气化压 力提高，甲烷含量增 加，气体总体积减小。
随着压力增加， 粗煤气中甲烷 和二氧化碳含 量增加，氢气 和一氧化碳含 氧气主要用来提供甲烷化所需氢气由 量减少 热量，压力增加甲水蒸气分解产生， 烷含量增加，氧耗但加压情况水蒸气 分解率降低 量减少。
30mm
这种内、外筒结构的 气化炉内外壳体生产期间温度 目的在于尽管炉内各 不同，热膨胀量不同，为降低 层的温度不一，但内 温度差应力，在内套下部设计 筒体由于有锅炉水的 冷却，基本保持在锅 制造成波形膨胀节，用于吸收 热膨胀量。 炉水在该操作压力下 的蒸发温度，不会因 过热而损坏。（b）外置汽包 （a）内置汽包
第四章移动床加压气化
一 碎煤加压气化特点
2 生产过程
• 单炉生产能力大，最高可达75000 m3（标）/h（干基）；
• 气化过程是连续进行的，有利于实现自动控制； • 气化压力高，可缩小设备和管道尺寸，利用气化后的余压可以进行 长距离输送。 • 气化较年轻的煤时，可以得到各种有价值的焦油、轻质油及粗酚等 多种副产品。
（1）煤的粒度对加压气化的影响 • 煤的粒度越小，其表面积越大，在动力学控制区的吸附和扩散速度加 快，有利气化反应的进行。 • 煤粒的大小也影响着煤准备阶段的加热速度，很显然粒度越大，传热 速度越慢，煤粒内部与外表面的温度差也大，使颗粒内焦油蒸汽扩散阻力 和停留时间延长，焦油的热分解增加。 • 煤粒的大小也对气化炉的生产能力影响很大，与常压气化相比，加压 气化过程中气体的流速减慢，相同粒度情况下煤的带出物减少，故而可提 高气流线速度，使气化炉的生产能力提高，但粒度过小将会造成气化炉床 层阻力加大，煤气带出物增加，限制了气化炉的生产能力。 • 煤的粒度越小，水蒸气和氧气的消耗量增加，煤耗也会增加。
图4-5石墨加氢气化的甲烷平衡含量曲线 1Kcal/m3=4.1863KJ/m3
二 加压气化的实际过程
2 气化过程热工特性
• 在实际的加压气化过程中，原料煤从气化炉的上部加入，在炉内从 上至下依次经过干燥、干馏、半焦气化、残焦燃烧、灰渣排出等物理化 学过程。 • 加压气化炉是一个自热式反应炉，通过在燃烧层中的 C O2 CO2 这个主要反应，产生大量热量，这些热量提供给：
图4-3不同温度下水蒸气分解反应总速度与压力的关系 1-6 分别表示反应压力为0.098、0.98、1.96、4.9、6.86 和9.8MPa
二 加压气化的实际过程
1 加压气化的主要反应
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第一节 移动床气化的一般知识 第二节 移动床气化工艺 最早，最简易，安全可靠， 最早，最简易，安全可靠，最成熟 应用：燃料气 合成气 应用： “落后的技术？”： 落后的技术？ 效率 规模 用煤 环境
20122012-3-14
《煤炭气化工艺学》 煤炭气化工艺学》
20122012-3-14 《煤炭气化工艺学》 煤炭气化工艺学》
1、移动床气化炉的一般知识
氧化层
作用
控制
有无反应
氧化层带温度高， 氧化层带温度高，气化剂浓度 也称燃烧层或火 考虑到灰分的熔点， 考虑到灰分的熔点，氧化层的温度太高 最大，发生的化学反应剧烈·， 最大，发生的化学反应剧烈 ， 层，是煤炭气化 有烧结的危险， 有烧结的危险，所以一般在不烧结的情 主要的反应为： 主要的反应为： 的重要反应区域， 的重要反应区域， 况下，氧化层温度越高越好， C+O → 况下，氧化层温度越高越好，温度低于 CO 从灰渣中升上来 120℃为宜， 1200℃ 2 2 灰分熔点的80～ 灰分熔点的 ～ ℃为宜，约 ℃ 2CO 2C+O2 → 的预热气化剂与 左右。氧化层厚度控制在150～300mm 左右。氧化层厚度控制在 ～ 2CO+O2 → CO2 煤接触发生燃烧 左右，要根据气化强度、 左右，要根据气化强度、燃料块度和反 上面三个反应都是放热反应，因 上面三个反应都是放热反应， 反应． 反应．产生的热 应性能来具体确定。 应性能来具体确定。 而氧化层的温度是最高的。 而氧化层的温度是最高的。 量是维持气化炉 正常操作的必要 条件。 条件。 -3-14 20122012
水煤 气的 制气 原理
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影响煤气成分的因素： 影响煤气成分的因素： 为了提供热量在气化之前， 为了提供热量在气化之前，先通入空气燃 特点：它广泛用于合成原料气， ，提高温度 特点：它广泛用于合成原料气，这种煤气生 1、温度：水煤气反应均为吸热反应 、温度：水煤气反应均为吸热反应， 烧部分煤，产生气化所需要的足够的热量， 烧部分煤，产生气化所需要的足够的热量， 产工艺避免了普通方法制取混合煤气时易结 可增加生成气体中一氧化碳和氢的含量； ， 可增加生成气体中一氧化碳和氢的含量；在 然后送入水蒸气进行气化反应制取煤气， 然后送入水蒸气进行气化反应制取煤气 渣及热效率低的缺点， 渣及热效率低的缺点，并能获得热值较高的 900℃的高温下，生成二氧化碳和甲烷的量却几 ℃的高温下， 随气化的进行，床层温度逐渐下降， 随气化的进行，床层温度逐渐下降，到一 水煤气。 水煤气 乎为零。 如合成氨企业 乎为零。 。，停止送入水蒸气。然后再通入 定程度后，停止送入水蒸气。 定程度后 2、燃料的活性 、 空气进行燃烧反应。 空气进行燃烧反应。这种方法工业上称间 歇制气。 歇制气。 《煤炭气化工艺学》 煤炭气化工艺学》
一般地， 利用劣质煤 一般地 ， 时 ． 因其水分舍量较 该层高度较大， 大 ， 该层高度较大 ， 如果煤中水分含量较 少 ， 干燥段的高度就 小。
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《煤炭气化工艺学》 煤炭气化工艺学》
1、移动床气化炉的一般知识
空层
作用
控制
注意事项
空层即燃料层的上部， 炉体内的自由区，其主要 作用是汇集煤气。 由于空层的自由截面积 增大， 增大，使得煤气的速度大 大降低， 大降低，气体夹带的颗粒 返回床层， 返回床层，减小粉尘的带 出量。 出量。
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干馏区生成的煤气中因 为含有较多的甲烷因而 煤气的热值高， 煤气的热值高，可以提 高煤气的热值,但也产生 高煤气的热值 但也产生 硫化氢和焦油等杂质。 硫化氢和焦油等杂质。
《煤炭气化工艺学》 煤炭气化工艺学》
1、移动床气化炉的一般知识
干燥层
作用
过程
控制
干燥层位于干馏 层的上面， 层的上面，上升 的热煤气与刚入 炉的燃料在这一 层相遇并进行换 热，燃料中的水 分受热蒸发。 分受热蒸发。
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（二）制气原理 –水煤气
气化剂： 气化剂：以水蒸气作为气化剂
化学反应： 化学反应：C+H2O→CO+H2 +135.0 kJ／mol ／ C+2H2O → CO2+2H2 +96.6kJ／mol ／ CO+H2O → H2+CO2 —38.4kJ／mol ／ C+2H2 → CH4 -84.3kj／mol ／
特点是：
整个气化过程是在常压下进行的； 在气化炉内，煤是分阶段装入的，随着反应 时间的延长，燃料逐渐下移，经过干燥、干 馏、还原和氧化等各个阶段，最后以灰渣的 形式不断排出，而后补加新的燃料； 操作方法有间歇法和连续气化法； 气化剂中的空气或富氧空气，用来和碳反应 提供热量，水蒸气则利用该热量和碳反应， 自身分解为氢气、一氧化碳、二氧化碳和甲 烷等气体。
《煤炭气化工艺学》 煤炭气化工艺学》
1、移动床气化炉的一般知识
还原层 作用 控制 有无反应
还原反应是吸热反应， 还原反应是吸热反应，其热 还原层厚度一般控制在300～500mm左右。如果煤层太薄， 还原层厚度一般控制在 左右。如果煤层太薄， 左右 在氧化层的上面是还原层， 在氧化层的上面是还原层～ ， 还原反应进行不完全，煤气质量降低；煤层太厚，对气化过 煤层太厚， 赤热的炭具有很强的夺取水 还原反应进行不完全，煤气质量降低；量来源于氧化层的燃烧 反应所放出的热 程也有不良影响，尤其是在气化黏结性强的烟煤时， 蒸气和二氧化碳中的氧而与 程也有不良影响，尤其是在气化黏结性强的烟煤时，容易造 C + CO2 。 之化合的能力， 当气化剂 成气流分布不均，局部过热，甚至烧结和穿孔。 之化合的能力，水(当气化剂 成气流分布不均，局部过热，甚至烧结和穿孔→ 2CO C。 中用蒸汽时)或二氧化碳发生 中用蒸汽时 或二氧化碳发生 习惯上，把氧化层和还原层统称为气化层。 2O → H2 + CO 习惯上，把氧化层和还原层统称为气化层+ H气化层厚度与煤 C + 2H2O → 2H2 + CO2 气出口温度有直接的关系，气化层薄出口温度高；气化层厚， 还原反应而生成相应的氧气 气出口温度有直接的关系，气化层薄出口温度高；气化层厚， 和一氧化碳， 出口温度低。因此，在实际操作中， C + 2H2 → CH4 和一氧化碳，还原层也因此 出口温度低。因此，在实际操作中，以煤气出口温度控制气 CO 左右。 而得名。 化层厚度，一般煤气出口温度控制在600℃+ 3H2 → CH4 + H2O 而得名。 化层厚度，
2CO+ 2H2 → CO2 + CH4
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CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O 《煤炭气化工艺学》 煤炭气化工艺学》
1、移动床气化炉的一般知识
干馏层
原因及分解作用
煤气性质
干馏层位于还原层的上部，气体 干馏层位于还原层的上部， 在还原层释放大量的热量， 在还原层释放大量的热量，进入 干馏层时温度已经不太高了， 干馏层时温度已经不太高了，气 化剂中的氧气已基本耗尽， 化剂中的氧气已基本耗尽，煤在 这个过程历经低温干馏， 这个过程历经低温干馏，煤中的 挥发分发生裂解，产生甲烷、 挥发分发生裂解，产生甲烷、烯 烃和焦油等物质， 烃和焦油等物质，它们受热成为 气态而进入干燥层。 气态而进入干燥层。
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1、移动床气化炉的一般知识
移动床分类： 移动床按气化压力来分类，可以分为常 压移动床和加压移动床； 按排渣性质可以分为固态排渣移动床和 液态排渣移动床； 按气化剂性质分为空气煤气、水煤气、 混合煤气、富氧蒸汽移动床等。
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《煤炭气化工艺学》 煤炭气化工艺学》
4－1、移动床气化炉的一般知识
原料：主要有褐煤、长焰煤、烟煤、无烟煤、 原料：主要有褐煤、长焰煤、烟煤、无烟煤、焦炭 气化剂：有空气、空气－水蒸气、氧气－ 气化剂：有空气、空气－水蒸气、氧气－水蒸气等 基本过程：燃料间歇加入，底部通入气化剂， 基本过程：燃料间歇加入，底部通入气化剂，燃 料与气化剂逆向流动，灰渣由底部排出。 料与气化剂逆向流动，灰渣由底部排出。 炉内温度分布：
20122012-3-14 《煤炭气化工艺学》 煤炭气化工艺学》
(一)发生炉煤气种类
发生炉煤气根据使用气化剂和煤气的热值 不同，一般可以分为： 1. 空气煤气 2. 混合煤气 3. 水煤气 4. 半水煤气 半水煤气等。
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《煤炭气化工艺学》 煤炭气化工艺学》
（二）制气原理 --空气煤气 --空气煤气
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《煤炭气化工艺学》 煤炭气化工艺学》
1、移动床气化炉的一般知识， 灰渣层碳较少， 所以灰渣层中基本 不发生化学反应。 不发生化学反应。
有无反应
作用
控制
三个方面的作用： 三个方面的作用： 根据煤灰分含量的多少和炉子的气化能力制 由于灰渣结构疏松并含有许多孔隙， ①由于灰渣结构疏松并含有许多孔隙，对气化 定合适的清灰操作。 定合适的清灰操作。 剂在炉内的均匀分布有一定的好处。 剂在炉内的均匀分布有一定的好处～400mm较为合适， 。 灰渣层一般控制在100～ 较为合适， 灰渣层一般控制在 较为合适 煤灰的温度比刚入炉的气化剂温度高， ②煤灰的温度比刚入炉的气化剂温度高，可使 视具体情况而定。 视具体情况而定。 气化剂预热。 气化剂预热。 清灰太少，灰渣层加厚， 清灰太少，灰渣层加厚，氧化层和还原层相 灰层上面的氧化层温度很高， ③灰层上面的氧化层温度很高，有了灰层的保 对减少，将影响气化反应的正常进行， 对减少，将影响气化反应的正常进行，增加 避免了和气体分布板的直接接触， 护，避免了和气体分布板的直接接触，故能起 ，造成 炉内的阻力；清灰太多，灰渣层变薄， 炉内的阻力；清灰太多，灰渣层变薄 到保护分布板的作用。 到保护分布板的作用。 影响煤气质量和气化 炉层波动， 炉层波动，